设计数字双胞胎

从旧的到新的，如果不是建造新的城市部分，你可以进入电脑并调整城市的部分，看看在铺设砖块之前会发生什么，有点像模拟城市，它被称为数字双胞胎，剑桥大学土木工程教授Mark Girolami与Adam Murphy一起谈论这项新技术……

马克:首先，你需要从两个角度看问题。第一个问题是，什么是数字化的，什么是孪生体?几个世纪以来，工程和科学一直在思考双胞胎的概念，一个你想要理解并最终控制的现实的抽象概念。想想19世纪40年代威廉·汤普森(William Thompson)发明的潮汐预测机，它是潮汐系统的孪生兄弟，可以让个人预测潮汐何时涨潮，然后决定何时起航。这就是双胞胎的整个概念，数字部分当然是从我们想要研究的系统的某种物理和机械双胞胎，转变为数字的，基于计算机的表示。将这两件事结合在一起，通过数据将数字表现与物理表现相结合，为我们提供了数字孪生的整个概念，这与经典的数学模型有很大的不同，我们可以运行类似于《模拟城市》的模拟，但我们永远不会真正走出去，从头开始建造我们的城市，看看现实是否真的反映了模拟所建议的情况。

亚当-那我们在哪里看到它被使用?它有什么样的应用程序?

Mark -数字双胞胎正被用于所有的科学，所有的工程学科。当然，我们今天谈论的是城市基础设施，城市规划，区域规划。我们在大楼的房间里看到了数字双胞胎。环境条件怎么样?我们听说过地下农场，还有数字双胞胎。如何去除热量，如何控制热量，以及如何使用这些数字双胞胎来预测农场将产生的产量类型?一直到整栋建筑，我们都用数字复制了建筑的几何结构，当然还有物理结构。然后延伸到整个城市中心地区，延伸到城市，延伸到交通系统，延伸到能源分配到测量，希望能改善空气条件。

亚当:你是如何获取数据的，然后把这些数据放入这些数字双胞胎中呢?

马克:所以数据有很多来源，最明显的是传感器。我们在城市环境和城市环境中看到的是一种几乎是“复兴”的方式，能够以前所未有的规模获取数据，这是我们以前从未有过的。所以整个基础设施都安装了传感器，传感器网络，并产生数据。此外，公民也能够提供数据。如果你想到我的iPhone，如果你看一下背面的小贴纸，它测量一氧化二氮的水平，并与iPhone通信。这个测量的是我在特定的时间，在我所处的位置所经历的一氧化二氮的量。然后这些数据会被分享，以帮助人们，比如，在这个例子中，试图改善空气质量的测量方法，并最终实际改善空气质量本身。

亚当:举个例子，你让人们在手机背面安装这些传感器，你能在数字孪生体中做些什么来改善城市?

马克:所以一旦你开始测量，你就可以进行测量，你可以获取数据，并将其合并到你的数字表示中。然后可以用它来改进来自模型的预测。它可以用来验证来自模型的预测，然后最终指导政策制定者和决策者是否正在做出预测，以及与这些预测相关的不确定性水平，是应该采取行动的。因为让我们记住这句格言，所有的模型都是错误的，但有些是有用的。关键是，你知道，我们需要明白，我们的数字双胞胎是基于错误的模型，但希望它们是有用的。

亚当:最近有多远，比如戴上虚拟现实耳机，就能在城市的数字孪生体中行走?

马克:嗯，我们真的到了。你可以戴上虚拟现实头戴式设备，在整栋大楼里走动，你可以把一些东西拆开等等。这是完全一样的。我刚刚看到了一些来自柏林的作品，你坐在火车上，作为司机，实际上穿过城市，体验整个城市环境，整个城市环境，并在其中穿行。所以这种技术是存在的。它出现在六七十年代和八十年代，在发展飞行模拟器的技术中。现在，它被用于规划、设计、开发和测试城市。

亚当-如果这就是我们现在所做的，那么数字双胞胎的未来会怎样呢?

马克:嗯，你想从数字孪生兄弟那里得到的最好的东西就是能够预测。它能让我们考虑到那些会产生严重后果的事件。例如，我们现在正在经历的一段时间。拥有数字双胞胎将使我们能够预测，看到多种不同的场景，并据此采取行动。现在，这是在全球层面，在公众层面，甚至在个人层面。如果我回到我iPhone背面的小贴纸上，一个联合的数字双胞胎就会给我的手机发信息说，你应该停止在尤斯顿路上行走，因为污染水平太高了。这会加重你的哮喘。我建议你在这里向右转，去Costa咖啡或其他什么地方喝五分钟。